RU2549064C2 - Smoke filtration - Google Patents
Smoke filtration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549064C2 RU2549064C2 RU2012113594/12A RU2012113594A RU2549064C2 RU 2549064 C2 RU2549064 C2 RU 2549064C2 RU 2012113594/12 A RU2012113594/12 A RU 2012113594/12A RU 2012113594 A RU2012113594 A RU 2012113594A RU 2549064 C2 RU2549064 C2 RU 2549064C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- xerogel
- dry gel
- smoking article
- carbon
- nitrogen
- Prior art date
Links
- 239000000779 smoke Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 230000000391 smoking effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000495 cryogel Substances 0.000 claims abstract description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 103
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 45
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 33
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims description 6
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 abstract description 10
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 abstract description 10
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 22
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 18
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 15
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 14
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HGINCPLSRVDWNT-UHFFFAOYSA-N Acrolein Chemical compound C=CC=O HGINCPLSRVDWNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N Butyraldehyde Chemical compound CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 6
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 6
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N Propionic aldehyde Chemical compound CCC=O NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- MLUCVPSAIODCQM-NSCUHMNNSA-N crotonaldehyde Chemical compound C\C=C\C=O MLUCVPSAIODCQM-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 3
- MLUCVPSAIODCQM-UHFFFAOYSA-N crotonaldehyde Natural products CC=CC=O MLUCVPSAIODCQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008098 formaldehyde solution Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- HGBOYTHUEUWSSQ-UHFFFAOYSA-N valeric aldehyde Natural products CCCCC=O HGBOYTHUEUWSSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N (-)-Nicotine Chemical compound CN1CCC[C@H]1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007863 gel particle Substances 0.000 description 2
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 229960002715 nicotine Drugs 0.000 description 2
- SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N nicotine Natural products CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019505 tobacco product Nutrition 0.000 description 2
- PFTAWBLQPZVEMU-DZGCQCFKSA-N (+)-catechin Chemical compound C1([C@H]2OC3=CC(O)=CC(O)=C3C[C@@H]2O)=CC=C(O)C(O)=C1 PFTAWBLQPZVEMU-DZGCQCFKSA-N 0.000 description 1
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N Phloroglucinol Natural products CCC=CCC=CCC=CCC=CCCCCC(=O)C1=C(O)C=C(O)C=C1O JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- ADRVNXBAWSRFAJ-UHFFFAOYSA-N catechin Natural products OC1Cc2cc(O)cc(O)c2OC1c3ccc(O)c(O)c3 ADRVNXBAWSRFAJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005487 catechin Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229950001002 cianidanol Drugs 0.000 description 1
- 235000019506 cigar Nutrition 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 235000019634 flavors Nutrition 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 230000008570 general process Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 description 1
- 159000000011 group IA salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 229960004337 hydroquinone Drugs 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 229960003742 phenol Drugs 0.000 description 1
- QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N phloroglucinol Chemical compound OC1=CC(O)=CC(O)=C1 QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001553 phloroglucinol Drugs 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229960001755 resorcinol Drugs 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- -1 sodium carbonate Chemical class 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 1
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
- A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
- A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
- A24D3/16—Use of materials for tobacco smoke filters of inorganic materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
- A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
- A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
- A24D3/16—Use of materials for tobacco smoke filters of inorganic materials
- A24D3/163—Carbon
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
- A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
- A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
- A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
- A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
- A24D3/067—Use of materials for tobacco smoke filters characterised by functional properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Cigarettes, Filters, And Manufacturing Of Filters (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
Настоящее изобретение относится к новому использованию пористого угольного материала конкретного типа для фильтрации дыма в курительных изделиях.The present invention relates to a new use of a specific type of porous coal material for filtering smoke in smoking articles.
Уроень техникиUroen technology
Фильтрацию используют для снижения уровня некоторых твердых частиц и/или парофазных компонентов табачного дыма, вдыхаемых при курении. Важно, что этого достигают без удаления значительных уровней других компонентов, таких как органолептические компоненты, и тем самым без ухудшения качества или аромата этого продукта.Filtration is used to reduce the level of certain particulate matter and / or vapor-phase components of tobacco smoke inhaled by smoking. It is important that this is achieved without removing significant levels of other components, such as organoleptic components, and thereby without compromising the quality or flavor of this product.
Сигаретные фильтры часто состоят из волокон ацетата целлюлозы, которые механически фильтруют аэрозольные частицы. Известно также введение в фильтры пористых угольных материалов (диспергированных в волокнах ацетата целлюлозы или в полости фильтра) для адсорбции некоторых компонентов дыма, как правило, физической адсорбции. Подобные пористые угольные материалы готовят из карбонизированных форм многих различных органических материалов, чаще всего на растительной основе, таких как скорлупа кокосовых орехов. Однако для получения пористых углей карбонизируют также синтетические полимеры. Кроме того, мелкие частицы угля спекают со связующими веществами с получением пористых углей способом, раскрытым в US 3351071.Cigarette filters often consist of cellulose acetate fibers that mechanically filter aerosol particles. It is also known to introduce into the filters porous carbon materials (dispersed in cellulose acetate fibers or in the filter cavity) for adsorption of some components of the smoke, usually physical adsorption. Such porous carbon materials are made from carbonated forms of many different organic materials, most often plant-based, such as coconut shells. However, synthetic polymers are also carbonized to produce porous coals. In addition, fine coal particles are sintered with binders to produce porous coals by the method disclosed in US 3351071.
Большое влияние на свойства пористого угольного материала оказывает высокоточный метод, используемый при его изготовлении. Поэтому можно получить угольные частицы, имеющие широкий диапазон форм, размеров, распределения размеров, объемов пор, распределения размеров пор и площадей поверхности, причем каждый из этих показателей влияет на их эффективность как адсорбентов. Также важной переменной является скорость истирания; предпочтительны низкие скорости истирания, чтобы избежать образования пыли при высокоскоростном изготовлении фильтра.A great influence on the properties of porous carbon material is exerted by the high-precision method used in its manufacture. Therefore, it is possible to obtain coal particles having a wide range of shapes, sizes, size distributions, pore volumes, pore size distributions and surface areas, each of these indicators affecting their effectiveness as adsorbents. Also an important variable is the rate of attrition; low abrasion rates are preferred to avoid dust formation during high-speed filter manufacturing.
В общем, для максимизации адсорбции требуются пористые угли, имеющие высокую площадь поверхности и большой общий объем пор. Однако эти показатели должны быть сбалансированы с низкой скоростью истирания. Площадь поверхности и общий объем пор традиционных материалов, таких как уголь из кокосовых орехов, ограничены их относительной хрупкостью. Кроме того, возможность введения значительной части мезо- и макропор ограничена прочностью материала. Как объясняют в Adsorption (2008) 14, 335-341, традиционный уголь из кокосовых орехов по существу является микропористым, и увеличение времени активации угля приводит к увеличению числа микропор и площади поверхности, но не к фактическому изменению размеров или распределения пор. Таким образом, как правило, невозможно получить уголь из кокосовых орехов, содержащий значительное число мезо- или макропор.In general, porous coals having a high surface area and a large total pore volume are required to maximize adsorption. However, these indicators must be balanced with a low attrition rate. The surface area and total pore volume of traditional materials, such as coconut charcoal, are limited by their relative brittleness. In addition, the possibility of introducing a significant part of the meso- and macropores is limited by the strength of the material. As Adsorption (2008) 14, 335-341 explains, traditional coconut charcoal is essentially microporous, and an increase in the activation time of coal leads to an increase in the number of micropores and surface area, but not to an actual change in pore size or distribution. Thus, as a rule, it is impossible to obtain coal from coconuts containing a significant number of meso- or macropores.
Другим фактором, который следует принять во внимание, является то, что время пребывания дыма в типичном сигаретном фильтре длиной 27 мм при стандартных измерениях содержания смол имеет порядок миллисекунд. Таким образом, пористые угольные материалы для фильтрации дыма необходимо оптимизировать, чтобы они были высокоэффективными адсорбентами в течение такого короткого промежутка времени.Another factor to consider is that the residence time of smoke in a typical 27 mm cigarette filter with standard resin measurements is of the order of milliseconds. Thus, porous carbon materials for smoke filtration must be optimized so that they are highly efficient adsorbents for such a short period of time.
В свете вышеизложенного, все еще представляется возможным улучшение в этой области в отношении использования пористых угольных материалов для фильтрации дыма.In light of the foregoing, it still seems possible to improve in this area with respect to the use of porous carbon materials for filtering smoke.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В первом аспекте изобретения предлагается курительное изделие, включающее углеродистый сухой гель.In a first aspect of the invention, there is provided a smoking article comprising a carbon dry gel.
Во втором аспекте изобретения предлагается фильтр для использования в курительном изделии, включающий углеродистый сухой гель.In a second aspect of the invention, there is provided a filter for use in a smoking article comprising a carbon dry gel.
В третьем аспекте изобретения предлагается применение углеродистого сухого геля для фильтрации дыма.In a third aspect of the invention, the use of carbon dry gel for filtering smoke is provided.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Для более полного понимания предлагаемого изобретения варианты осуществления изобретения будут описаны с помощью иллюстративного примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:For a more complete understanding of the invention, embodiments of the invention will be described using an illustrative example with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг.1 показаны частицы сухого углеродистого геля, распределенные по всей длине сигаретного фильтра,figure 1 shows the particles of dry carbon gel distributed over the entire length of the cigarette filter,
на фиг.2 показаны частицы углеродистого сухого геля, размещенные в полости сигаретного фильтра,figure 2 shows the particles of carbon dry gel placed in the cavity of a cigarette filter,
на фиг.3 показана сигарета, имеющая наклейку на фильтре, содержащем частицы углеродистого сухого геля,figure 3 shows a cigarette having a sticker on the filter containing carbon dry gel particles,
на фиг.4 показана изотерма адсорбции азота для предлагаемого в изобретении углеродистого сухого геля.4 shows a nitrogen adsorption isotherm for a carbon dry gel according to the invention.
Подробное описание осуществления изобретенияDetailed Description of the Invention
В предлагаемом изобретении использует углеродистый сухой гель. Подобные сухие гели представляют собой пористые материалы, находящиеся в твердом состоянии, которые получают из гелей или золь-гелей, жидкий компонент которых удален и заменен газом с последующим пиролизом/карбонизацией. Эти гели можно классифицировать в соответствии со способом сушки, они включают в себя угольные ксерогели, аэрогели и криогели. Подобные типы материалов известны.In the present invention uses carbon dry gel. Such dry gels are porous materials in a solid state, which are obtained from gels or sol gels, the liquid component of which is removed and replaced by gas, followed by pyrolysis / carbonization. These gels can be classified according to the drying method, they include carbon xerogels, aerogels and cryogels. Similar types of materials are known.
Ксерогели, как правило, образуются при использовании стадии испарительной сушки в условиях давления окружающей среды. Они обычно имеют монолитную внутреннюю структуру, похожую на жесткий пенопласт с низкой плотностью, содержащий, например, 60-90 об.% воздуха. Аэрогели, с другой стороны, получают, используя другие методы, например сушку в сверхкритических условиях. Они характеризуются меньшей усадкой, чем ксерогели, на стадии сушки и таким образом более низкой плотностью (например, 90-99 об.% воздуха). Криогели получают путем использования лиофилизации.Xerogels, as a rule, are formed when using the stage of evaporative drying under ambient pressure. They usually have a monolithic internal structure, similar to a rigid foam with a low density, containing, for example, 60-90 vol.% Air. Aerogels, on the other hand, are obtained using other methods, for example, drying under supercritical conditions. They are characterized by less shrinkage than xerogels at the drying stage and thus lower density (for example, 90-99 vol.% Air). Cryogels are obtained by lyophilization.
Предпочтительно сухой гель, предлагаемый в изобретении, представляет собой угольный ксерогель или угольный аэрогель, предпочтительно угольный ксерогель.Preferably, the dry gel of the invention is a carbon xerogel or carbon aerogel, preferably a carbon xerogel.
Сухие гели, используемые в предлагаемом изобретении, можно получить из любого источника. Имеется несколько методов получения геля, подлежащего сушке. В варианте осуществления предлагаемого изобретения гель получают водной поликонденсацией ароматического спирта (предпочтительно резорцина) с альдегидом (предпочтительно формальдегидом). В варианте осуществления изобретения в качестве катализатора используют карбонат натрия. Иллюстративный метод описан в Chem. Mater. (2004) 16, 5676-5681.Dry gels used in the present invention can be obtained from any source. There are several methods for preparing the gel to be dried. In an embodiment of the invention, the gel is prepared by aqueous polycondensation of an aromatic alcohol (preferably resorcinol) with an aldehyde (preferably formaldehyde). In an embodiment of the invention, sodium carbonate is used as a catalyst. An illustrative method is described in Chem. Mater. (2004) 16, 5676-5681.
Первой стадией получения сухих углеродистых гелей, используемых в предлагаемом изобретении, является образование поликонденсата поликонденсацией альдегида и ароматического спирта. Можно использовать имеющийся в продаже поликонденсат.The first stage of obtaining dry carbon gels used in the present invention is the formation of polycondensate by polycondensation of aldehyde and aromatic alcohol. Commercially available polycondensate can be used.
Исходным материалом для получения поликонденсата может быть ароматический спирт, такой как фенол, резорцин, катехин, гидрохинон и флороглюцинол, и альдегид, такой как формальдегид, глиоксаль, глутаровый альдегид или фурфураль. Обычно используемая и предпочтительная реакционная смесь включает в себя резорцин (1,3-дигидроксибензол) и формальдегид, которые реагируют друг с другом в щелочной среде с образованием гелеобразного поликонденсата. Процесс поликонденсации обычно проводят в условиях водной среды. Пригодными катализаторами являются (растворимые в воде) щелочные соли, такие как карбонат натрия, а также неорганические кислоты, такие как трифторуксусная кислота. Для получения поликонденсата реакционную смесь нагревают. Обычно реакцию поликонденсации выполняют при температуре выше комнатной, предпочтительно от 40 до 90°C.The starting material for the production of the polycondensate can be an aromatic alcohol, such as phenol, resorcinol, catechin, hydroquinone and phloroglucinol, and an aldehyde such as formaldehyde, glyoxal, glutaraldehyde or furfural. A commonly used and preferred reaction mixture includes resorcinol (1,3-dihydroxybenzene) and formaldehyde, which react with each other in an alkaline environment to form a gel-like polycondensate. The polycondensation process is usually carried out in an aqueous environment. Suitable catalysts are (water soluble) alkaline salts such as sodium carbonate, as well as inorganic acids such as trifluoroacetic acid. To obtain a polycondensate, the reaction mixture is heated. Typically, the polycondensation reaction is carried out at a temperature above room temperature, preferably from 40 to 90 ° C.
На скорость реакции поликонденсации, а также степень образования поперечных связей в полученном геле могут влиять, например, относительные количества спирта и катализатора. Специалисту известно, как регулировать количества этих соединений для достижения требуемого результата.The rate of polycondensation reaction, as well as the degree of crosslinking in the resulting gel can be affected, for example, by the relative amounts of alcohol and catalyst. One skilled in the art knows how to control the amounts of these compounds to achieve the desired result.
Полученный поликонденсат можно далее обработать без предварительной сушки. В возможном альтернативном варианте осуществления изобретения его высушивают до частичного или полного удаления воды. Однако было показано, что предпочтительнее не полностью удалять воду.The resulting polycondensate can be further processed without prior drying. In a possible alternative embodiment, it is dried to partially or completely remove water. However, it has been shown that it is preferable not to completely remove the water.
Было показано, что для получения частиц требуемого размера предпочтительно снизить размер частиц поликонденсата перед дальнейшей обработкой. Уменьшение размера частиц поликонденсата выполняют, используя традиционные способы механического измельчения частиц или размола. Предпочтительно, чтобы стадия уменьшения размеров привела к образованию гранул с требуемым распределением размеров, посредством чего удалось бы существенно избежать образования фракции порошка.It was shown that to obtain particles of the desired size, it is preferable to reduce the particle size of the polycondensate before further processing. The reduction of the particle size of the polycondensate is carried out using traditional methods of mechanical grinding of particles or grinding. Preferably, the size reduction step results in the formation of granules with the desired size distribution, whereby the formation of a powder fraction could be substantially avoided.
Затем поликонденсат (размер частиц которого необязательно уменьшен) подвергают пиролизу. Пиролиз можно также назвать карбонизацией. В ходе пиролиза поликонденсат нагревают до температуры от 300 до 1500°C, предпочтительно от 700 до 1000°C. При пиролизе образуется пористый угольный ксерогель с низкой плотностью.Then the polycondensate (particle size of which is optionally reduced) is subjected to pyrolysis. Pyrolysis can also be called carbonization. During the pyrolysis, the polycondensate is heated to a temperature of from 300 to 1500 ° C, preferably from 700 to 1000 ° C. During pyrolysis, a porous coal xerogel with a low density is formed.
Одним из способов оказания влияния на свойства угольного ксерогеля, например объем пор, площадь поверхности и/или распределение объемов пор, является обработка поликонденсата до, в процессе или после пиролиза паром, воздухом, CO2, кислородом или смесью газов, которую можно разбавить азотом или другим инертным газом. Предпочтительно, в частности, использовать смесь азота и пара.One way to influence the properties of a coal xerogel, for example, pore volume, surface area and / or pore volume distribution, is to treat the polycondensate before, during or after pyrolysis with steam, air, CO 2 , oxygen or a gas mixture that can be diluted with nitrogen or other inert gas. In particular, it is preferable to use a mixture of nitrogen and steam.
Преимущественно, сухие гели, предлагаемые в изобретении, являются очень твердыми и прочными; соответственно, скорость их истирания низка и структуру пор можно регулировать более просто без опасения разрушить материал. Кроме того, поскольку обычные угли являются черными, сухие гели, предлагаемые в изобретении, имеют прозрачный и блестящий вид, например, блестящий черный вид.Advantageously, the dry gels of the invention are very hard and strong; accordingly, their abrasion rate is low and the pore structure can be controlled more simply without fear of destroying the material. In addition, since ordinary coals are black, the dry gels of the invention have a transparent and shiny appearance, for example, a shiny black appearance.
Сухие гели, предлагаемые в изобретении, могут иметь любую соответствующую форму, например форму частиц, волокон или монолитного целого. Однако предпочтительно, чтобы они имели форму частиц. Надлежащими размерами частиц являются 100-1500 мкм или 150-1400 мкм.The dry gels of the invention may be of any suitable shape, for example, the shape of particles, fibers, or a monolithic whole. However, it is preferred that they are in the form of particles. Suitable particle sizes are 100-1500 microns or 150-1400 microns.
Стадию карбонизации предпочтительно выполняют в газообразной атмосфере, включающей азот, воду и/или диоксид углерода. Другими словами, сухи гели, используемые в настоящем изобретении, могут быть неактивированными или, в некоторых вариантах осуществления изобретения, активированными, например, паром или диоксидом углерода. Активация предпочтительна для обеспечения улучшенной структуры пор.The carbonization step is preferably carried out in a gaseous atmosphere comprising nitrogen, water and / or carbon dioxide. In other words, the dry gels used in the present invention may be inactive or, in some embodiments, activated, for example, with steam or carbon dioxide. Activation is preferred to provide improved pore structure.
Сухие гели вводят в сигаретный фильтр или курительное изделие с помощью традиционных способов. Используемый в данной заявке термин "курительное изделие" включает табачные изделия, такие как сигареты, сигары и сигариллы, на основе табака, производных табака, взорванного табака, восстановленного табака или заменителей табака, а также тлеющих, но не горящих продуктов. Предпочтительными курительными изделиями, предлагаемыми в изобретении, являются сигареты. Курительное изделие предпочтительно снабжено фильтром для газообразного потока, втягиваемого в себя курильщиком, предпочтительно в этот фильтр вводят сухой гель, но альтернативно или в дополнение его включают в другую часть курительного изделия, как, например, в сигаретную бумагу или на нее, или в материал наполнителя табачного изделия.Dry gels are introduced into a cigarette filter or smoking article using conventional methods. As used herein, the term “smoking article” includes tobacco products, such as cigarettes, cigars and cigarillos, based on tobacco, tobacco derivatives, exploded tobacco, reconstituted tobacco or tobacco substitutes, as well as smoldering but non-burning products. Preferred smoking articles of the invention are cigarettes. The smoking article is preferably provided with a filter for the gaseous stream drawn in by the smoker, preferably a dry gel is introduced into this filter, but alternatively or in addition it is included in another part of the smoking article, such as in or on cigarette paper, or in the filler material tobacco products.
Сигаретный фильтр, предлагаемый в изобретении, может иметь вид фильтрующего мундштука для введения в курительное изделие, или любой соответствующей конструкции. Например, со ссылкой на фиг.1, фильтр (2) для сигареты (1) может содержать углеродистый сухой гель (3), равномерно распределенный по всему волокнистому материалу фильтра, такому как ацетат целлюлозы. Альтернативно, фильтр может иметь форму "далматинского" фильтра с частицами сухого геля, распределенными по всему волокнистому сегменту у одного края фильтра, который будет краем табачного жгута при введении в сигарету.The cigarette filter of the invention may take the form of a filter mouthpiece for insertion into a smoking article, or any suitable structure. For example, with reference to FIG. 1, a filter (2) for a cigarette (1) may comprise a carbon dry gel (3) uniformly distributed throughout the filter material of the filter, such as cellulose acetate. Alternatively, the filter may be in the form of a "Dalmatian" filter with dry gel particles distributed over the entire fiber segment at one edge of the filter, which will be the edge of the tobacco tow when introduced into the cigarette.
Другим вариантом осуществления изобретения со ссылкой на фиг.2 является изготовление фильтра в форме фильтра с "полостью", включающего несколько сегментов, причем сухой гель (3) заключен в одной полости (4). Например, полость, содержащая сухой гель, может находиться между двумя сегментами волокнистого материала фильтра.Another embodiment of the invention with reference to FIG. 2 is the manufacture of a filter in the form of a “cavity” filter comprising several segments, wherein the dry gel (3) is enclosed in one cavity (4). For example, a cavity containing a dry gel may be between two segments of a fibrous filter material.
Альтернативно, со ссылкой на фиг.3, сухой гель (3) может размещаться на обертке (5) тампона фильтра, предпочтительно на ее радиальной внутренней поверхности. Этого достигают обычным способом (см. GB 2260477, GB 2261152 и WO 2007/104908), например приложением наклейки на обертку и набрызгиванием материала сухого геля на эту наклейку.Alternatively, with reference to FIG. 3, the dry gel (3) may be placed on the filter swab wrapper (5), preferably on its radial inner surface. This is achieved in the usual way (see GB 2260477, GB 2261152 and WO 2007/104908), for example by applying a sticker to the wrapper and spraying dry gel material onto the sticker.
Другим вариантом является обеспечение сухим гелем, приклеенным к нити (например, хлопковой нити), пропущенной вдоль фильтра известным способом.Another option is to provide a dry gel adhered to a thread (eg, cotton thread) passed along the filter in a known manner.
Другие возможности хорошо известны специалистам.Other possibilities are well known to those skilled in the art.
Можно использовать любое надлежащее количество сухого геля. Однако предпочтительно вводить в фильтр или курительное изделие по меньшей мере 10 мг, по меньшей мере 25 мг или по меньшей мере 30 мг сухого геля.Any suitable amount of dry gel may be used. However, it is preferable to introduce at least 10 mg, at least 25 mg, or at least 30 mg of a dry gel into the filter or smoking article.
Для фильтрации табачного дыма предпочтительно использовать пористый угольный материал, имеющий ряд различных размеров пор, чтобы адсорбировать ряд разных соединений, содержащиеся в дыме. Различные размеры пор, обнаруженные в угольных материалах, классифицируют следующим образом в соответствии с определением IUPAC: микропоры имеют диаметр меньше 2 нм, мезопоры имеют диаметр 2-50 нм и макропоры имеют диаметр больше 50 нм. Относительные объемы микропор, мезопор и макропор оценивают, используя известные способы на основе адсорбции азота и ртутной порозиметрии, первый, главным образом, для микро- и мезопор и последний, главным образом, для мезо- и макропор. Однако, так как теоретические основы для этих оценок различны, значения, полученные обоими способами, нельзя непосредственно сравнивать друг с другом.For filtering tobacco smoke, it is preferable to use a porous carbon material having a number of different pore sizes in order to adsorb a number of different compounds contained in the smoke. The different pore sizes found in coal materials are classified as follows according to the IUPAC definition: micropores have a diameter of less than 2 nm, mesopores have a diameter of 2-50 nm and macropores have a diameter of more than 50 nm. The relative volumes of micropores, mesopores and macropores are estimated using known methods based on nitrogen adsorption and mercury porosimetry, the former mainly for micro- and mesopores and the latter, mainly for meso- and macropores. However, since the theoretical basis for these estimates is different, the values obtained by both methods cannot be directly compared with each other.
В предлагаемом изобретении установлено, что конкретная группа углеродистых сухих гелей демонстрирует дополнительные преимущества перед углем из кокосовых орехов в отношении снижений уровня парофазных анализируемых веществ дыма. Конкретно, угольные сухие гели с общим объемом пор (измеренным адсорбцией азота) по меньшей мере 0,5 см3/г, из которых по меньшей мере 0,1 см3/г приходится на мезопоры, имеют лучшие показатели, чем уголь из кокосовых орехов. В этой связи высокая площадь поверхности по БЭТ (BET) не имеет существенного значения.In the present invention, it has been found that a particular group of carbonaceous dry gels demonstrates additional advantages over coconut charcoal with respect to reducing the level of vapor-phase smoke analytes. Specifically, coal-based dry gels with a total pore volume (measured by nitrogen adsorption) of at least 0.5 cm 3 / g, of which at least 0.1 cm 3 / g are mesopores, have better performance than charcoal from coconuts . In this regard, the high surface area by BET (BET) is not significant.
Предпочтительно общий объем пор (измеренный адсорбцией азота) составляет по меньшей мере 0,5, 0,6, 0,7, 0,80, 0,85, 0,87, 0,89, 0,95, 0,98, 1,00, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0 или 3,1 см3/г.Preferably, the total pore volume (measured by nitrogen adsorption) is at least 0.5, 0.6, 0.7, 0.80, 0.85, 0.87, 0.89, 0.95, 0.98, 1 , 00, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2 , 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0 or 3.1 cm 3 / g.
Предпочтительно по меньшей мере 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,55, 0,60, 0,65, 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3 или 2,4 см3/г от общего объема пор приходится на мезопоры (измеренные адсорбцией азота с использованием BJH анализа (анализа распределения пор по методу Баррета-Джойнера-Халенды) на кривой десорбции изотермы азота).Preferably at least 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.55, 0.60, 0.65, 0.70, 0.75, 0.80, 0, 85, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, Mesopores (2.1, 2.2, 2.3, 2.4 or 2.4 cm 3 / g of the total pore volume) (measured by nitrogen adsorption using the BJH analysis (pore distribution by the Barrett-Joyner-Hallenda method) on the isotherm desorption curve nitrogen).
Предпочтительно по меньшей мере 0,05, 0,10, 0,15, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6 или 0,7 см3/г от общего объема пор приходится на микропоры (измеренные по изотерме адсорбции азота). В одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере 0,4 см3/г от общего объема пор приходится на микропоры.Preferably, at least 0.05, 0.10, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 or 0.7 cm 3 / g of the total pore volume is micropores (measured by nitrogen adsorption isotherm). In one embodiment, at least 0.4 cm 3 / g of the total pore volume is micropores.
Предпочтительно общий объем мезопор больше, чем общий объем микропор.Preferably, the total volume of mesopores is greater than the total volume of micropores.
В варианте осуществления предлагаемого изобретения сухие гели имеют распределение размеров пор (измеренное адсорбцией азота) в диапазоне от 15 до 45 нм, предпочтительно в диапазоне от 20 до 40 нм.In an embodiment of the invention, dry gels have a pore size distribution (measured by nitrogen adsorption) in the range of 15 to 45 nm, preferably in the range of 20 to 40 nm.
В одном варианте осуществления изобретения сухие углеродистые гели, предлагаемые в изобретении, имеют относительно крупные микропоры и мезопоры, то есть мезопоры имеют размер пор (диаметр) по меньшей мере 10 нм и предпочтительно по меньшей мере 20 нм (т.е. мезопоры имеют размер пор 20-50 нм).In one embodiment, the dry carbon gels of the invention have relatively large micropores and mesopores, i.e., mesopores have a pore size (diameter) of at least 10 nm and preferably at least 20 nm (i.e., mesopores have a pore size 20-50 nm).
Требуемое соотношение микропор к мезопорам составляет по меньшей мере 1:2, предпочтительно по меньшей мере 1:3.The desired ratio of micropores to mesopores is at least 1: 2, preferably at least 1: 3.
В варианте осуществления изобретения площадь поверхности по БЭТ составляет по меньшей мере 500, 550, 600, 650, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 или 1900 м2/г.In an embodiment of the invention, the BET surface area is at least 500, 550, 600, 650, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 or 1900 m 2 / g.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется посредством следующих примеров.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Синтез ксерогеляExample 1. Synthesis of xerogel
Пробы угольного ксерогеля приготовили сушкой резорцин/формальдегидного полимера в условиях давления окружающей среды в соответствии с общим процессом, изложенным в Chem. Mater. (2004) 16, 5676-5681 (где полученный материал неверно называют аэрогелем).Coal xerogel samples were prepared by drying the resorcinol / formaldehyde polymer under ambient pressure in accordance with the general process set forth in Chem. Mater. (2004) 16, 5676-5681 (where the material obtained is incorrectly called airgel).
Резорцин (Fluka®, puriss. (98,5%-ная чистота)), формальдегид (Fluka®, 37% в воде, стабилизирован метанолом) и карбонат натрия (Fluka®, безводный, 99,5%) в качестве катализатора растворили в деионизированной воде при размешивании магнитным бруском для получения гомогенного раствора. После термического отверждения в течение одного дня при комнатной температуре, одного дня при 50°C и трех дней при 90°C мокрые гели ввели в ацетон и оставили на три дня при комнатной температуре (ежедневно используя свежий ацетон) для замещения воды внутри пор. Затем пробы высушили при комнатной температуре под атмосферным давлением и подвергли пиролизу при температурах до 800°C (4°/мин, 10 минут при 800°C) в атмосфере аргона с преобразованием таким образом в угольные ксерогели.Resorcinol (Fluka®, puriss. (98.5% purity)), formaldehyde (Fluka®, 37% in water, stabilized with methanol) and sodium carbonate (Fluka®, anhydrous, 99.5%) were dissolved as a catalyst in deionized water while stirring with a magnetic bar to obtain a homogeneous solution. After thermal curing for one day at room temperature, one day at 50 ° C and three days at 90 ° C, wet gels were added to acetone and left for three days at room temperature (using fresh acetone daily) to replace water inside the pores. Then, the samples were dried at room temperature under atmospheric pressure and pyrolyzed at temperatures up to 800 ° C (4 ° / min, 10 minutes at 800 ° C) in an argon atmosphere, thus converting to carbon xerogels.
Были получены разные пробы при изменении концентрации катализатора и содержания реагирующего вещества, как показано ниже в таблице. Резорцин и формальдегид использовали в молярном соотношении 1:2 (что соответствует стехиометрии реакции).Different samples were obtained by changing the concentration of the catalyst and the content of the reactant, as shown in the table below. Resorcinol and formaldehyde were used in a 1: 2 molar ratio (which corresponds to reaction stoichiometry).
Все эти ксерогели приняли вид прозрачных черных гранулятов.All these xerogels took the form of transparent black granules.
Пример 2. Свойства ксерогеляExample 2. Properties of the xerogel
Были построены изотермы адсорбции при 77К для углей, приведенных в примере 1, и проведены BJH анализы кривых десорбции для расчета размеров пор и распределений размеров. Измерили также площади поверхности проб. В качестве контроля исследовали микропористый, активированный паром уголь из кокосовых орехов (Ecosorb®CX от Jacobi Carbons). Результаты представлены в нижеследующей таблице.Adsorption isotherms were constructed at 77K for the coals shown in Example 1, and BJH analyzes of desorption curves were performed to calculate pore sizes and size distributions. The surface area of the samples was also measured. As a control, microporous steam-activated coconut charcoal (Ecosorb®CX from Jacobi Carbons) was investigated. The results are presented in the table below.
Пример 3. Характеристики фильтраExample 3. Filter characteristics
Была предложена сигарета стандартной конструкции (56 мм табачный жгут, 26,4 мм окружность, модифицированная вирджинская смесь, 27 мм фильтр), фильтр имел полость, с обеих сторон ограниченную сегментом ацетата целлюлозы. 60 мг Xerogel 1, полученного в примере 1, отвесили в полость фильтра. Другие сигареты были приготовлены тем же способом, каждая содержала одну из проб ксерогеля или угля из кокосовых орехов. В качестве контроля использовали сигарету, имеющую пустую полость с теми же размерами. После приготовления сигареты подвергли старению при 22°C и относительной влажности 60% в течение примерно трех недель перед выкуриванием.A standard-design cigarette was proposed (56 mm tobacco tow, 26.4 mm circumference, modified Virginia mixture, 27 mm filter), the filter had a cavity, on both sides limited by a segment of cellulose acetate. 60 mg of
Сигареты выкуривали в соответствии с условиями ISO, т.е. 35 мл затяжка в течение 2 секунд через каждую минуту, и определяли уровень смолы, никотина, воды и монооксида углерода в дыме. Результаты представлены в нижеследующей таблице.Cigarettes were smoked in accordance with ISO conditions, i.e. 35 ml puff for 2 seconds every minute, and the levels of tar, nicotine, water and carbon monoxide in the smoke were determined. The results are presented in the table below.
Эти результаты показали, что ксерогели не оказывают негативного влияния на базовые показатели дыма; любые различия малы и обусловлены вариабельностью сигарет и анализа.These results showed that xerogels do not adversely affect baseline smoke rates; any differences are small and due to the variability of cigarettes and analysis.
В нижеследующей таблице представлены процент снижений уровня парофазных анализируемых веществ дыма для сигарет, не содержащих уголь в фильтре.The following table shows the percentage of reductions in vapor-phase smoke analytes for cigarettes that do not contain carbon in the filter.
Результаты показали, что все испытанные ксерогели были эффективны при фильтрации дыма. Все Xerogels 2, 4, 5 и 6 показали улучшения в сравнении с углем из кокосовых орехов. Однако Xerogel 1 не был столь же эффективным, как контрольная проба угля из кокосовых орехов, предположительно из-за меньшего объема мезопор и/или меньшего размера мезопор.The results showed that all tested xerogels were effective in filtering smoke. All
Пример 4. Синтез дополнительных ксерогелейExample 4. The synthesis of additional xerogels
Были приготовлены пять дополнительных проб ксерогелей, имеющих микропоры и мезопоры (в случае одной пробы, небольшие макропоры), как показано ниже.Five additional xerogel samples having micropores and mesopores (in the case of one sample, small macropores) were prepared, as shown below.
300 г резорцина (Riedel-de Haen®, puriss. (98,5-100,5%-ной чистоты) смешали с 1375 г деионизированной воды, 442,25 г формальдегида (Fluka®, 37% в воде) и 0,415 г карбоната натрия (Fluka®, безводный), с получением прозрачного раствора. Этот раствор подвергли старению в течение 20 часов при комнатной температуре, затем 24 часа при 50°C и еще 72 часа при 90°C. Поликонденсат измельчили, ввели в 1500 мл ацетона и оставили на 3 дня при комнатной температуре, заменяя каждый день растворитель. Затем полученный продукт высушили при 50°C с получением красно-коричневого, хрупкого твердого тела, которое размельчили рашпилем с получением Granulate X с размерами частиц 1-2 мм.300 g of resorcinol (Riedel-de Haen®, puriss. (98.5-100.5% purity) were mixed with 1375 g of deionized water, 442.25 g of formaldehyde (Fluka®, 37% in water) and 0.415 g of carbonate sodium (Fluka®, anhydrous) to give a clear solution. This solution was aged for 20 hours at room temperature, then 24 hours at 50 ° C and another 72 hours at 90 ° C. The polycondensate was crushed, introduced into 1500 ml of acetone and left for 3 days at room temperature, replacing the solvent every day, then the resulting product was dried at 50 ° C to give a red-brown, brittle solid, cat Roe rasp pulverized to obtain Granulate X with a particle size of 1-2 mm.
30,4 г Granulate X ввели в кварцевую трубку и вложили ее в барабанную печь. Твердое тело нагревали до 250°C со скоростью нагрева 4 К/мин в потоке азота и поддерживали при 250°C в течение одного часа. Затем твердое тело нагревали до 800°C со скоростью 4 К/мин. В процессе нагрева трубка не двигалась, а после достижения твердым телом 800°C ротор включили, и твердое тело поддерживали при этой температуре в течение 30 минут в атмосфере азота. Затем его охладили до комнатной температуры в атмосфере защитного газа. Полученный не активированный угольный Xerogel (186-02) упаковали в воздухе.30.4 g of Granulate X was introduced into a quartz tube and placed in a drum furnace. The solid was heated to 250 ° C with a heating rate of 4 K / min in a stream of nitrogen and maintained at 250 ° C for one hour. The solid was then heated to 800 ° C at a rate of 4 K / min. During heating, the tube did not move, and after the solid reached 800 ° C, the rotor was turned on, and the solid was maintained at this temperature for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Then it was cooled to room temperature in a protective gas atmosphere. The resulting non-activated carbon Xerogel (186-02) was packaged in air.
38,74 г Granulate X ввели в кварцевую трубку и вложили ее в барабанную печь. Твердое тело нагревали до 250°C со скоростью нагрева 4 К/мин в потоке азота и поддерживали при 250°C в течение одного часа. Затем твердое тело нагревали до 800°C со скоростью 4 К/мин и поддерживали при этой температуре 30 мин, после чего нагревали до 880°C со скоростью 4 К/мин. В процессе нагрева трубка не двигалась, а после достижения твердым телом температуры 880°C ротор включили. Поток азота был насыщен паром путем барботирования сквозь кипящую воду, передний конец трубки нагревали для предупреждения конденсации пара, и твердое тело поддерживали при 880°C в течение 60 мин в насыщенном потоке азота при 1,5 л/мин. Затем его охладили до комнатной температуры в атмосфере чистого азота. Полученный активированный паром угольный Xerogel (186-0,4) упаковали в воздухе.38.74 g of Granulate X was introduced into a quartz tube and placed in a drum furnace. The solid was heated to 250 ° C with a heating rate of 4 K / min in a stream of nitrogen and maintained at 250 ° C for one hour. Then the solid was heated to 800 ° C at a speed of 4 K / min and maintained at this temperature for 30 minutes, after which it was heated to 880 ° C at a speed of 4 K / min. During heating, the tube did not move, and after the solid reached a temperature of 880 ° C, the rotor was turned on. The nitrogen stream was saturated with steam by sparging through boiling water, the front end of the tube was heated to prevent vapor condensation, and the solid was maintained at 880 ° C for 60 minutes in a saturated stream of nitrogen at 1.5 L / min. Then it was cooled to room temperature in an atmosphere of pure nitrogen. The resulting steam activated carbon Xerogel (186-0.4) was packaged in air.
Xerogels 186-08 и 186-09 получали таким же образом, как Xerogel 186-04, однако исходя из 48,35 г и 62,87 г Granulate X, соответственно, и увеличивая время активации паром со 150 до 180 минут, соответственно.Xerogels 186-08 and 186-09 were obtained in the same manner as Xerogel 186-04, however, starting from 48.35 g and 62.87 g of Granulate X, respectively, and increasing the steam activation time from 150 to 180 minutes, respectively.
Xerogel 008-10 получали, используя следующие упрощенные условия: 120,75 г резорцина (Riedel-de Haen®, puriss. (98,5-100,5%-ная чистота)) смешали с 553 г деионизированной воды, 178,0 г формальдегида (Fluka®, 37% в воде) и 0,167 г карбоната натрия (Fluka®, безводный) с получением безводного раствора. Этот раствор ввели в печь в закрытой полиэтиленовой бутыли и продержали там 2 часа при 50°C с последующими 14 часами при 90°C. После охлаждения до комнатной температуры продукт измельчили и высушивали при 50°C в течение четырех часов. Дальнейший размол красно-коричневого твердого тела рашпилем дал Granulate Y, имеющий максимальный размер частиц 3 мм.Xerogel 008-10 was prepared using the following simplified conditions: 120.75 g of resorcinol (Riedel-de Haen®, puriss. (98.5-100.5% purity)) was mixed with 553 g of deionized water, 178.0 g formaldehyde (Fluka®, 37% in water) and 0.167 g of sodium carbonate (Fluka®, anhydrous) to give an anhydrous solution. This solution was introduced into the oven in a closed plastic bottle and kept there for 2 hours at 50 ° C followed by 14 hours at 90 ° C. After cooling to room temperature, the product was ground and dried at 50 ° C for four hours. Further grinding of the red-brown solid with a rasp gave Granulate Y having a maximum particle size of 3 mm.
300 г Granulate Y поместили в большую кварцевую трубку и ввели ее в барабанную печь. Твердое тело нагревали до 880°C со скоростью нагрева 4 К/мин в потоке азота, затем включили ротор. Поток азота насыщали паром барботированием сквозь кипящую воду, передний конец трубки нагревали для предотвращения конденсации пара, и твердое тело поддерживали при 880°C 80 минут в насыщенном потоке азота. Затем его охладили до комнатной температуры в атмосфере чистого азота. Полученный активированный паром ксерогель (Xerogel 008-10) упаковали в воздухе.300 g of Granulate Y was placed in a large quartz tube and introduced into a drum furnace. The solid was heated to 880 ° C with a heating rate of 4 K / min in a stream of nitrogen, then the rotor was turned on. The nitrogen stream was saturated with steam by bubbling through boiling water, the front end of the tube was heated to prevent vapor condensation, and the solid was maintained at 880 ° C for 80 minutes in a saturated stream of nitrogen. Then it was cooled to room temperature in an atmosphere of pure nitrogen. The resulting steam activated xerogel (Xerogel 008-10) was packaged in air.
Все Xerogels 186-02, -04, -08, -0,9 и 008-10 приняли форму прозрачных черных гранулятов.All Xerogels 186-02, -04, -08, -0.9 and 008-10 took the form of transparent black granules.
Пример 5. Свойства XerogelExample 5. Xerogel Properties
Были получены изотермы адсорбции азота при 77К и проведены BJH анализы кривых десорбции. В нижеследующей таблице представлены свойства углей.Nitrogen adsorption isotherms were obtained at 77K and BJH analyzes of desorption curves were performed. The table below shows the properties of coal.
Также была исследована структура мезо- и макропор Xerogel 008-10 с помощью ртутной порозиметрии. Объем пор в диапазоне 6-100 нм был 2,2 см3/г, что в превосходной степени соответствовало результатам, полученным адсорбцией азота. Другими словами, крупные макропоры отсутствовали (что не обнаруживалось адсорбцией азота).The structure of Xerogel 008-10 mesopores and macropores was also investigated using mercury porosimetry. The pore volume in the range of 6-100 nm was 2.2 cm 3 / g, which was in excellent agreement with the results obtained by nitrogen adsorption. In other words, large macropores were absent (which was not detected by nitrogen adsorption).
В качестве примера на фиг.4 показан график изотермы для Xerogel 008-10.As an example, FIG. 4 shows a graph of the isotherm for Xerogel 008-10.
Пример 6. Характеристика фильтраExample 6. The characteristic of the filter
Были приготовлены сигареты и выкурены в соответствии с методом, представленным в примере 3, но с тем отличием, что использовали Xerogels 186-02, -04,-08 и -09, как в примере 4, и в качестве контроля уголь из кокосовых орехов, как в примере 2. Результаты представлены в нижеследующей таблице.Cigarettes were prepared and smoked in accordance with the method presented in example 3, but with the difference that Xerogels 186-02, -04, -08 and -09 were used, as in example 4, and coconut charcoal as a control, as in example 2. The results are presented in the following table.
Как видно из представленных данных, эти ксерогели показали выдающиеся характеристики при фильтрации дыма в сравнении с углем из кокосовых орехов и ксерогелями из примера 1. В пределах этих серий увеличение общего объема пор, объема микропор, объема мезопор и площади поверхности соответствует улучшению показателей фильтрации дыма.As can be seen from the data presented, these xerogels showed outstanding characteristics in smoke filtration compared to coal from coconut nuts and xerogels from example 1. Within these series, an increase in the total pore volume, micropore volume, mesopore volume and surface area corresponds to an improvement in smoke filtration.
Пример 7. Характеристики фильтра в разных режимах куренияExample 7. Filter characteristics in different smoking modes
Сигареты, содержащие 60 мг Xerogel 008-10 или 60 мг Ecosorb® СХ, были приготовлены тем же способом, как в примере 3. Затем сигареты выкуривали в двух разных режимах курения. Первый представлял собой обычный режим курения, включающий 35 мл затяжку продолжительностью 2 секунды через каждые 60 секунд (35/2/60). Второй представлял собой интенсивный режим курения, т.е. 55 мл затяжка продолжительностью 2 секунды через каждые 30 секунд (55/2/30). Ксерогель, предлагаемый в изобретении, показал лучшие характеристики, чем уголь из кокосовых орехов, как видно из нижеследующей таблицы.Cigarettes containing 60 mg of Xerogel 008-10 or 60 mg of Ecosorb® CX were prepared in the same manner as in Example 3. Then the cigarettes were smoked in two different smoking modes. The first was a regular smoking regimen, including a 35 ml puff lasting 2 seconds every 60 seconds (35/2/60). The second was an intensive smoking regimen, i.e. 55 ml puff for 2 seconds every 30 seconds (55/2/30). The xerogel proposed in the invention showed better characteristics than charcoal from coconuts, as can be seen from the following table.
Пример 8. Изменение свойств ксерогеляExample 8. Change the properties of xerogel
60,0 г резорцина (puriss. (98,5-100,5%-ной чистоты (Riedel-de Haen®, Catalogue no. RdH 16101-1KG))=545 ммол, смешали в полиэтиленовой бутыли (500 мл) с 275 г деионизированной воды, 88,45 г раствора формальдегида (Fluka®, 37%-ный)=1090 ммол и 83 мг безводного карбоната натрия (Fluka®)=0,78 ммол с получением прозрачного раствора.60.0 g of resorcinol (puriss. (98.5-100.5% purity (Riedel-de Haen®, Catalog no. RdH 16101-1KG)) = 545 mmol, mixed in a plastic bottle (500 ml) with 275 g of deionized water, 88.45 g of a formaldehyde solution (Fluka®, 37%) = 1090 mmol and 83 mg of anhydrous sodium carbonate (Fluka®) = 0.78 mmol to obtain a clear solution.
Бутылку укупорили и поместили в 600 мл лабораторный стакан, который затем вложили в конвекционную печь при 90°C на 16 часов. Затем бутыль извлекли из печи. При охлаждении до комнатной температуры из бутыли извлекли красно-коричневый поликонденсат. Мягкий продукт разделили на крупные куски, используя шпатель, поместили их на плоскую алюминиевую сковороду (16 см в диаметре) и сушили в конвекционной печи с высокой скоростью воздушного потока при 50°C в течение четырех часов.The bottle was corked and placed in a 600 ml beaker, which was then placed in a convection oven at 90 ° C for 16 hours. Then the bottle was removed from the oven. Upon cooling to room temperature, a red-brown polycondensate was recovered from the bottle. The soft product was divided into large pieces using a spatula, placed on a flat aluminum pan (16 cm in diameter) and dried in a convection oven with a high air flow rate at 50 ° C for four hours.
В результате получили 267,9 г влажного, но уже хрупкого материала. Охлажденный материал измельчили до красно-коричневого гранулята (максимальный размер частицы 3 мм) в барабанной мельнице с получением Granulate Z.The result was 267.9 g of wet, but already brittle material. The cooled material was crushed to a red-brown granulate (
Пример 8аExample 8a
12,4 г Granulate Z ввели в кварцевую трубку и поместили в барабанную печь. Во время фазы нагрева трубка не двигалась.12.4 g of Granulate Z was introduced into a quartz tube and placed in a drum oven. The tube did not move during the heating phase.
Трубку продували азотом и нагревали в постоянном потоке азота со скоростью 4 К/мин от комнатной температуры до 250°C и выдерживали при этой температуре один час. Затем ее нагревали со скоростью 4 К/мин до 800°C и при достижении этой температуры включили барабан печи. Кварцевая трубка вращалась в течение 30 мин в потоке азота. Затем ее охладили до комнатной температуры в атмосфере защитного газа. Полученный угольный ксерогель упаковали в воздухе. Продукт: 1,88 г (1 кг резорцина дает 677 г угольного ксерогеля).The tube was purged with nitrogen and heated in a constant stream of nitrogen at a speed of 4 K / min from room temperature to 250 ° C and kept at this temperature for one hour. Then it was heated at a speed of 4 K / min to 800 ° C and, upon reaching this temperature, the furnace drum was turned on. The quartz tube rotated for 30 min in a stream of nitrogen. Then it was cooled to room temperature in a protective gas atmosphere. The resulting carbon xerogel was packaged in air. Product: 1.88 g (1 kg of resorcinol gives 677 g of carbon xerogel).
Анализ на основе физической адсорбции N2 Analysis based on physical adsorption of N 2
Площадь поверхности по BET: 659 м2/гBET surface area: 659 m 2 / g
Общий объем пор по методу одной очки: 1,19 см3/гTotal pore volume according to the method of one glasses: 1.19 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота):1:4,89The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical adsorption of nitrogen): 1: 4.89
Диаметр мезопор (измеренный BJH десорбцией): максимум при 32 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 32 nm.
Пример 8бExample 8b
47,24 г Granulate Z поместили в кварцевую трубку и вложили в барабанную печь. В фазе нагрева трубка не двигалась.47.24 g of Granulate Z was placed in a quartz tube and placed in a drum furnace. In the heating phase, the tube did not move.
Трубку продували азотом и нагревали в постоянном потоке азота со скоростью 4 К/мин от комнатной температуры до 880°C. При достижении этой температуры включили барабан печи. Затем защитный газообразный азот барботировали сквозь кипящую воду перед подачей в барабанную печь. Область входа газа в кварцевую трубку нагревали для предотвращения конденсации воды в этом месте. Кварцевая трубка вращалась в течение 15 мин при 880°C в атмосфере насыщенного потока азота (1,5 л/мин). Затем материал охладили до комнатной температуры в атмосфере сухого азота. Полученный угольный ксерогель упаковали в воздухе. Процесс занял 1,5 дня от смешения полимерного раствора до получения угольного ксерогеля. Продукт: 5,73 г (1 кг резорцина дает 542 г угольного ксерогеля).The tube was purged with nitrogen and heated in a constant stream of nitrogen at a speed of 4 K / min from room temperature to 880 ° C. Upon reaching this temperature, the oven drum was turned on. Then, protective nitrogen gas was bubbled through boiling water before being fed into the drum furnace. The gas inlet region of the quartz tube was heated to prevent condensation of water at that location. The quartz tube was rotated for 15 min at 880 ° C in an atmosphere of saturated nitrogen flow (1.5 l / min). Then the material was cooled to room temperature in an atmosphere of dry nitrogen. The resulting carbon xerogel was packaged in air. The process took 1.5 days from mixing the polymer solution to obtaining a carbon xerogel. Product: 5.73 g (1 kg of resorcinol gives 542 g of carbon xerogel).
Анализ на основе физической адсорбции N2 Analysis based on physical adsorption of N 2
Площадь поверхности по БЭТ: 992 м2/гBET surface area: 992 m 2 / g
Общий объем пор по методу одной точки: 1,65 см3/гTotal pore volume according to the method of one point: 1,65 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота) 1:3,80The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical adsorption of nitrogen) 1: 3.80
Диаметр мезопор (измеренный с помощью BJH десорбции): максимум при 33 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 33 nm.
Пример 8вExample 8c
51,1 г Granulate Z обработали, как в примере 16, за исключением того, что материал активировали в течение 30 минут в атмосфере насыщенного азота (предпочтительнее 15 минут). Продукт: 5,38 г (1 кг резорцина дает 470 г угольного ксерогеля).51.1 g of Granulate Z was processed as in example 16, except that the material was activated for 30 minutes in an atmosphere of saturated nitrogen (preferably 15 minutes). Product: 5.38 g (1 kg of resorcinol gives 470 g of carbon xerogel).
Анализ на основе физической адсорбции N2 Analysis based on physical adsorption of N 2
Площадь поверхности по БЭТ 1254 м2/гBET surface area 1254 m 2 / g
Общий объем пор по методу одной точки: 1,93 см3/гTotal pore volume according to the method of one point: 1.93 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота):1:3,55The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical adsorption of nitrogen): 1: 3,55
Диаметр мезопор (измеренный BJH десорбцией): максимум при 33 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 33 nm.
Пример 8гExample 8g
51,04 г Granulate Z обработали, как в примере 86, за исключением того, что материал активировали в течение 60 минут при 880°C в насыщенном азоте (предпочтительно 15 минут). Продукт: 3,62 г (1 кг резорцина дает 317 г угольного ксерогеля).51.04 g of Granulate Z was processed as in Example 86, except that the material was activated for 60 minutes at 880 ° C in saturated nitrogen (preferably 15 minutes). Product: 3.62 g (1 kg of resorcinol gives 317 g of coal xerogel).
Анализ на основе физической адсорбции N2 Analysis based on physical adsorption of N 2
Площадь поверхности по БЭТ: 1720 м2/гBET surface area: 1720 m 2 / g
Общий объем по методу одной точки: 2,53 см3/гTotal volume according to the method of one point: 2.53 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота):1:3,49.The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical adsorption of nitrogen): 1: 3.49.
Диаметр мезопоры (измеренный BJH десорбцией): максимум при 24 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 24 nm.
Пример 8дExample 8d
Granulate Z обработали, как в примере 86, за исключением того, что материал активировали в течение 105 минут при 880°C в насыщенном азоте (предпочтительнее 15 минут). Продукт: 2,11 г (1 кг резорцина дает 180 г угольного ксерогеля).Granulate Z was processed as in Example 86, except that the material was activated for 105 minutes at 880 ° C in saturated nitrogen (preferably 15 minutes). Product: 2.11 g (1 kg of resorcinol gives 180 g of carbon xerogel).
Анализ на основе физической адсорбции N2 Analysis based on physical adsorption of N 2
Площадь поверхности по БЭТ: 2254 м2/гBET surface area: 2254 m 2 / g
Общий объем пор по методу одной точки: 3,23 см3/гTotal pore volume according to the method of one point: 3.23 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота):1:4,19The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical nitrogen adsorption): 1: 4.19
Диаметр мезопоры (измеренный BJH десорбцией): максимум при 25 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 25 nm.
Пример 9. Изменение свойств ксерогеляExample 9. Change the properties of xerogel
25,85 г резорцина (98%-ной чистоты)=230 ммол смешали в полиэтиленовой бутыли (250 мл) с 118,5 деионизированной воды, 37,40 г раствора формальдегида (Fluka®, 37%-ный)=461 ммол и 36 мг безводного карбоната натрия (Fluka®)=0,34 ммол с получением прозрачного раствора.25.85 g of resorcinol (98% purity) = 230 mmol were mixed in a plastic bottle (250 ml) with 118.5 deionized water, 37.40 g of formaldehyde solution (Fluka®, 37%) = 461 mmol and 36 mg anhydrous sodium carbonate (Fluka®) = 0.34 mmol to give a clear solution.
Бутыль укупорили и поместили в лабораторный стакан, затем в конвекционную печь при 90°C на 16 часов. После этого бутыль извлекли из печи. После охлаждения до комнатной температуры красно-коричневый поликонденсат извлекли из бутыли. Мягкий продукт разделили на крупные куски, используя шпатель, поместили их в алюминиевую сковороду (16 см в диаметре) и сушили в конвекционной печи с высокой скоростью воздушного потока при 50°C в течение 4 часов.The bottle was corked and placed in a beaker, then in a convection oven at 90 ° C for 16 hours. After that, the bottle was removed from the oven. After cooling to room temperature, the red-brown polycondensate was removed from the bottle. The soft product was divided into large pieces using a spatula, placed in an aluminum pan (16 cm in diameter) and dried in a convection oven with a high air flow rate at 50 ° C for 4 hours.
Полученный материал весил 99,4 г. Охлажденный материал измельчили до красно-коричневого гранулята (максимальный размер частицы 3 мм) в барабанной мельнице.The resulting material weighed 99.4 g. The cooled material was ground to a red-brown granulate (
39,05 г гранулята ввели в кварцевую трубку и поместили ее в барабанную печь. В процессе нагрева трубка не двигалась.39.05 g of granulate was introduced into a quartz tube and placed in a drum furnace. During heating, the tube did not move.
Трубку продули азотом и в постоянным потоке азота нагревали со скоростью 4 К/мин от комнатной температуры до 880°C. При достижении этой температуры включили ротор печи. Затем защитный азот барботировали сквозь кипящую воду перед подачей в барабанную печь. Область входа газа в кварцевую трубку нагревали для предотвращения в этом месте конденсации воды. Кварцевая трубка вращалась в течение 60 минут при 880°C в насыщенном потоке азота (1,5 л/мин). Затем материал охладили до комнатной температуры в сухом азоте. Полученный угольный ксерогель упаковали в воздухе. Полученный продукт представлял собой 3,12 г черного гранулята.The tube was purged with nitrogen and in a constant stream of nitrogen was heated at a speed of 4 K / min from room temperature to 880 ° C. Upon reaching this temperature, the rotor of the furnace was turned on. Protective nitrogen was then bubbled through boiling water before being fed into the drum oven. The gas inlet region of the quartz tube was heated to prevent water condensation at this point. The quartz tube was rotated for 60 minutes at 880 ° C in a saturated stream of nitrogen (1.5 l / min). Then the material was cooled to room temperature in dry nitrogen. The resulting carbon xerogel was packaged in air. The resulting product was 3.12 g of black granulate.
Анализ на основе физической сорбции N2 Analysis based on physical sorption N 2
Площадь поверхности по БЭТ: 1843 м2/гBET surface area: 1843 m 2 / g
Общий объем пор по методу одной точки: 2,72 см3/гTotal pore volume according to the method of one point: 2.72 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота):1:3,64The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical adsorption of nitrogen): 1: 3.64
Диаметр мезопор (измеренный BJH десорбцией): максимум при 24 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 24 nm.
Пример 10. Изменение свойств ксерогеляExample 10. Change the properties of xerogel
35,0 г резорцина (puriss. (Riedel-de Haen®, Catalogue no. RdH 16101))=318 ммол смешали в полиэтиленовой бутыли (250 мл) с 24,5 г деионизированной воды, 51,65 г раствора формальдегида (Fluka®, 37%-ный)=636 ммол и 66,5 мг безводного карбоната натрия (Fluka®=0,63 ммол) с получением прозрачного раствора.35.0 g of resorcinol (puriss. (Riedel-de Haen®, Catalog no. RdH 16101)) = 318 mmol were mixed in a plastic bottle (250 ml) with 24.5 g of deionized water, 51.65 g of formaldehyde solution (Fluka® , 37%) = 636 mmol and 66.5 mg of anhydrous sodium carbonate (Fluka® = 0.63 mmol) to give a clear solution.
Бутыль укупорили и поместили в лабораторный стакан, затем в конвекционную печь при 90°C на 16 часов. Затем бутыль извлекли из печи. После охлаждения до комнатной температуры красно-коричневый поликонденсат извлекли из бутыли. Твердый, прозрачный блок разбили на крупные части, используя молоток, поместили их на плоскую алюминиевую сковороду (16 см в диаметре) и сушили в конвекционной печи с высокой скоростью потока воздуха при 50°C четыре часа.The bottle was corked and placed in a beaker, then in a convection oven at 90 ° C for 16 hours. Then the bottle was removed from the oven. After cooling to room temperature, the red-brown polycondensate was removed from the bottle. The solid, transparent block was broken into large pieces using a hammer, placed on a flat aluminum pan (16 cm in diameter) and dried in a convection oven with a high air flow rate at 50 ° C for four hours.
В результате получили 59,23 г продукта. Охлажденный материал измельчили до красно-коричневого гранулята (максимальный размер частиц 3 мм) в барабанной мельнице. 18,54 г гранулята ввели в кварцевую трубку и поместили ее в барабанную печь. В процессе фазы нагрева трубка не двигалась.The result was 59.23 g of product. The cooled material was crushed to a red-brown granulate (
Трубку продули азотом и в постоянном потоке азота нагревали со скоростью 4 К/мин от комнатной температуры до 880°C При достижении этой температуры включили ротор печи. Затем защитный азот барботировали сквозь кипящую воду перед подачей в барабанную печь. Область ввода газа в кварцевую трубку нагревали для предотвращения конденсации воды в этом месте. Кварцевая трубка вращалась 60 минут при 880°C в насыщенном потоке азота (1,5 л/мин). Затем материал охладили до комнатной температуры в сухом азоте. Полученный угольный ксерогель упаковали в воздухе. Полученный продукт весил 3,62 г и представлял собой черный гранулят (1 кг резорцина дает 330 г угольного ксерогеля).The tube was purged with nitrogen and heated in a constant stream of nitrogen at a speed of 4 K / min from room temperature to 880 ° C. Upon reaching this temperature, the rotor of the furnace was turned on. Protective nitrogen was then bubbled through boiling water before being fed into the drum oven. The gas inlet region of the quartz tube was heated to prevent condensation of water at that location. The quartz tube spun for 60 minutes at 880 ° C in a saturated stream of nitrogen (1.5 l / min). Then the material was cooled to room temperature in dry nitrogen. The resulting carbon xerogel was packaged in air. The resulting product weighed 3.62 g and was a black granulate (1 kg of resorcinol gives 330 g of coal xerogel).
Анализ на основе физической сорбции N2 Analysis based on physical sorption N 2
Площадь поверхности по БЭТ: 1628 м2/гBET surface area: 1628 m 2 / g
Общий объем пор по методу одной точки: 1,56 см3/гTotal pore volume according to the method of one point: 1,56 cm 3 / g
Соотношение объем микропор: объем мезопор (измеренное физической адсорбцией азота):1:1,83The ratio of micropore volume: mesopore volume (measured by physical adsorption of nitrogen): 1: 1.83
Диаметр мезопоры (измеренный BJH десорбцией): максимум при 8 нм.Mesopore diameter (measured by BJH desorption): maximum at 8 nm.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB0915814.8 | 2009-09-10 | ||
| GBGB0915814.8A GB0915814D0 (en) | 2009-09-10 | 2009-09-10 | Smoke filtration |
| PCT/GB2010/051504 WO2011030151A1 (en) | 2009-09-10 | 2010-09-09 | Smoke filtration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012113594A RU2012113594A (en) | 2013-10-20 |
| RU2549064C2 true RU2549064C2 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=41203484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012113594/12A RU2549064C2 (en) | 2009-09-10 | 2010-09-09 | Smoke filtration |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10194687B2 (en) |
| EP (1) | EP2475272B1 (en) |
| JP (2) | JP5654016B2 (en) |
| KR (1) | KR20120063519A (en) |
| CN (1) | CN102883630A (en) |
| AR (1) | AR080545A1 (en) |
| AU (1) | AU2010293995B2 (en) |
| BR (1) | BR112012005359A2 (en) |
| CA (1) | CA2770546A1 (en) |
| CL (1) | CL2012000606A1 (en) |
| GB (1) | GB0915814D0 (en) |
| MX (1) | MX2012001924A (en) |
| RU (1) | RU2549064C2 (en) |
| UA (1) | UA103826C2 (en) |
| WO (1) | WO2011030151A1 (en) |
| ZA (1) | ZA201201537B (en) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4576869A (en) | 1984-06-18 | 1986-03-18 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Tetrafluoroethylene fine powder and preparation thereof |
| JP5988075B2 (en) * | 2012-02-03 | 2016-09-07 | 国立大学法人北海道大学 | Carbon material manufacturing method |
| SG11201406967XA (en) * | 2012-04-30 | 2014-11-27 | Philip Morris Products Sa | Tobacco substrate |
| EP2844091B1 (en) * | 2012-04-30 | 2018-10-31 | Philip Morris Products S.a.s. | Smoking article mouthpiece including aerogel |
| WO2014155252A2 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Philip Morris Products, S.A. | Smoking article filter with bypass channel |
| CN104126871A (en) * | 2014-07-18 | 2014-11-05 | 云南中烟工业有限责任公司 | Application of silsesquioxane bridged aerogel containing thioether chain segment and serving as filter-bridged filter tip material |
| GB201501429D0 (en) * | 2015-01-28 | 2015-03-11 | British American Tobacco Co | Apparatus for heating aerosol generating material |
| JP2016160171A (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | 株式会社豊田中央研究所 | Carbon porous body and method for producing the same |
| US11717018B2 (en) * | 2016-02-24 | 2023-08-08 | R.J. Reynolds Tobacco Company | Smoking article comprising aerogel |
| GB201700812D0 (en) | 2017-01-17 | 2017-03-01 | British American Tobacco Investments Ltd | Apparatus for heating smokable material |
| DE102017120202B4 (en) * | 2017-09-01 | 2022-08-11 | Deutsche Benkert Gmbh & Co. Kg | Smoking article and method for cooling a heated particulate-laden gas |
| JP6999131B2 (en) * | 2017-10-05 | 2022-01-18 | 大阪瓦斯株式会社 | How to make activated carbon |
| BR112021009143A2 (en) * | 2018-12-17 | 2021-08-10 | Philip Morris Products S.A. | tubular element for use with an aerosol generating article |
| EP3897237A2 (en) | 2018-12-17 | 2021-10-27 | Philip Morris Products S.A. | Tubular element, comprising porous medium and a wrapper, for use with an aerosol generating article |
| GB202011987D0 (en) * | 2020-07-31 | 2020-09-16 | Nicoventures Holdings Ltd | Article for use in non-combustible aerosol provision system |
| CN112237787B (en) * | 2020-10-23 | 2022-04-01 | 马鞍山中经悦怿生命科技有限公司 | Production equipment and method of filter particles |
| CN113637217A (en) * | 2021-07-02 | 2021-11-12 | 云南中烟工业有限责任公司 | Nano cellulose aerogel, preparation method thereof and application of nano cellulose aerogel in cigarettes |
| CN113694892A (en) * | 2021-08-27 | 2021-11-26 | 伯克利南京医学研究有限责任公司 | Carbon aerogel composite structure, composite filter element, preparation methods of carbon aerogel composite structure and composite filter element, and application of carbon aerogel composite structure and composite filter element |
| CN113944065B (en) * | 2021-09-29 | 2023-03-21 | 河南中烟工业有限责任公司 | A kind of harm reduction cigarette paper and preparation method thereof |
| DE102024110345A1 (en) | 2024-04-12 | 2025-10-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Electrically conductive plastic and its use |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040250827A1 (en) * | 2003-06-13 | 2004-12-16 | Sarojini Deevi | Catalyst to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette |
| US20070204870A1 (en) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Sarojini Deevi | Catalysts to reduce carbon monoxide such as in the mainstream smoke of a cigarette |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3351071A (en) | 1964-12-23 | 1967-11-07 | Fmc Corp | Carbon filter material and process for preparing it |
| US3662765A (en) | 1970-11-27 | 1972-05-16 | Gen Electric | Smoke filter |
| KR920007008B1 (en) | 1990-07-07 | 1992-08-24 | 재단법인 한국인삼연초연구소 | Process of cigarette filter using silica gel |
| GB2260477A (en) | 1991-10-14 | 1993-04-21 | Cigarette Components Ltd | Smoke filter containing particulate smoke modifying additive |
| GB9121782D0 (en) | 1991-10-14 | 1991-11-27 | Cigarette Components Ltd | Cigarette filter containing particulate smoke modifying additive |
| US5508341A (en) | 1993-07-08 | 1996-04-16 | Regents Of The University Of California | Organic aerogel microspheres and fabrication method therefor |
| KR960703975A (en) | 1993-07-22 | 1996-08-31 | 스위넨·앤 마리 | Organic Aerogels |
| US5744510A (en) | 1995-04-25 | 1998-04-28 | Regents Of The University Of California | Organic carbon aerogels from the sol-gel polymerization of phenolic-furfural mixtures |
| JPH09202610A (en) | 1996-01-24 | 1997-08-05 | Mitsubishi Chem Corp | Activated carbon and its manufacturing method |
| JP2001089119A (en) * | 1999-04-30 | 2001-04-03 | Adchemco Corp | Carbonaceous material, method for producing the same, and electric double layer capacitor using the same |
| US6865068B1 (en) * | 1999-04-30 | 2005-03-08 | Asahi Glass Company, Limited | Carbonaceous material, its production process and electric double layer capacitor employing it |
| US6297293B1 (en) * | 1999-09-15 | 2001-10-02 | Tda Research, Inc. | Mesoporous carbons and polymers |
| GB0019417D0 (en) * | 2000-08-09 | 2000-09-27 | Mat & Separations Tech Int Ltd | Mesoporous carbons |
| CN1151062C (en) * | 2001-07-10 | 2004-05-26 | 中山大学 | Method for preparing porous carbon material with phenolic resin gel |
| JP4754813B2 (en) * | 2003-12-01 | 2011-08-24 | 肇 田門 | Method for producing carbon material and tablet-like dried gel |
| US8539957B2 (en) * | 2005-01-14 | 2013-09-24 | Philip Morris Usa Inc. | Cigarettes and cigarette filters including activated carbon for removing nitric oxide |
| GB0506278D0 (en) | 2005-03-29 | 2005-05-04 | British American Tobacco Co | Porous carbon materials and smoking articles and smoke filters therefor incorporating such materials |
| US20070191572A1 (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-16 | Tustin Gerald C | Resol beads, methods of making them, and methods of using them |
| JP4944907B2 (en) | 2006-03-10 | 2012-06-06 | ブリティッシュ アメリカン タバコ (インヴェストメンツ) リミテッド | Smoking filter |
| CN101454259A (en) * | 2006-05-31 | 2009-06-10 | 默克专利股份公司 | Method for the production of porous carbon molds |
| JP5235286B2 (en) | 2006-08-23 | 2013-07-10 | 株式会社ダイセル | Tobacco filter material composed of polysaccharide containing amino group and silica gel, and tobacco filter using the same. |
| US8739802B2 (en) | 2006-10-02 | 2014-06-03 | R.J. Reynolds Tobacco Company | Filtered cigarette |
| DE102006049179B4 (en) | 2006-10-18 | 2016-07-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Aerogels, process for their preparation and their use |
-
2009
- 2009-09-10 GB GBGB0915814.8A patent/GB0915814D0/en not_active Ceased
-
2010
- 2010-09-09 EP EP10755223.4A patent/EP2475272B1/en not_active Not-in-force
- 2010-09-09 RU RU2012113594/12A patent/RU2549064C2/en not_active IP Right Cessation
- 2010-09-09 UA UAA201204201A patent/UA103826C2/en unknown
- 2010-09-09 JP JP2012525217A patent/JP5654016B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-09 AU AU2010293995A patent/AU2010293995B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-09 MX MX2012001924A patent/MX2012001924A/en not_active Application Discontinuation
- 2010-09-09 BR BR112012005359A patent/BR112012005359A2/en not_active IP Right Cessation
- 2010-09-09 KR KR1020127009241A patent/KR20120063519A/en not_active Withdrawn
- 2010-09-09 US US13/395,410 patent/US10194687B2/en active Active
- 2010-09-09 CN CN2010800402781A patent/CN102883630A/en active Pending
- 2010-09-09 CA CA2770546A patent/CA2770546A1/en not_active Abandoned
- 2010-09-09 WO PCT/GB2010/051504 patent/WO2011030151A1/en not_active Ceased
- 2010-09-10 AR ARP100103324A patent/AR080545A1/en not_active Application Discontinuation
-
2012
- 2012-02-29 ZA ZA2012/01537A patent/ZA201201537B/en unknown
- 2012-03-07 CL CL2012000606A patent/CL2012000606A1/en unknown
-
2013
- 2013-07-25 JP JP2013154780A patent/JP2013240345A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040250827A1 (en) * | 2003-06-13 | 2004-12-16 | Sarojini Deevi | Catalyst to reduce carbon monoxide in the mainstream smoke of a cigarette |
| US20070204870A1 (en) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Sarojini Deevi | Catalysts to reduce carbon monoxide such as in the mainstream smoke of a cigarette |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013240345A (en) | 2013-12-05 |
| AU2010293995B2 (en) | 2014-01-30 |
| WO2011030151A1 (en) | 2011-03-17 |
| GB0915814D0 (en) | 2009-10-07 |
| ZA201201537B (en) | 2014-08-27 |
| US10194687B2 (en) | 2019-02-05 |
| JP5654016B2 (en) | 2015-01-14 |
| UA103826C2 (en) | 2013-11-25 |
| CN102883630A (en) | 2013-01-16 |
| MX2012001924A (en) | 2012-03-14 |
| EP2475272B1 (en) | 2013-12-25 |
| US20120222690A1 (en) | 2012-09-06 |
| KR20120063519A (en) | 2012-06-15 |
| AU2010293995A1 (en) | 2012-03-08 |
| AR080545A1 (en) | 2012-04-18 |
| RU2012113594A (en) | 2013-10-20 |
| EP2475272A1 (en) | 2012-07-18 |
| JP2013502214A (en) | 2013-01-24 |
| BR112012005359A2 (en) | 2019-09-24 |
| CA2770546A1 (en) | 2011-03-17 |
| CL2012000606A1 (en) | 2012-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2549064C2 (en) | Smoke filtration | |
| RU2407409C2 (en) | Porous carbon materials, smoking devices and filters thereof containing such materials | |
| RU2602116C2 (en) | Porous coal and methods for production thereof | |
| JP6005735B2 (en) | Smoking filter | |
| CN102600798A (en) | Method for preparing porous carbon | |
| EP3038478A1 (en) | Smoking article | |
| CN102811631A (en) | Composite Additive Materials | |
| CN102849718A (en) | Porous carbon preparation | |
| RU2678898C2 (en) | Activated carbon for smoking articles | |
| CN102398903A (en) | Activated carbon material | |
| CN103159224B (en) | The preparation method of the amorphous porous material of a kind of total silicon type and the application in cigarette filter thereof | |
| CN113876028B (en) | Preparation method and use of porous plant particles with caramel flavor | |
| HK1176246A (en) | Smoke filtration | |
| CN113617328B (en) | A titanium dioxide@silica composite airgel for reducing harmful substances in smoke and its preparation and application in cigarettes | |
| CN113647675A (en) | A composite filter for adsorbing 2-butanone in cigarette smoke and cigarette | |
| JPS596637B2 (en) | tobacco filter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180910 |